Giáo trình phân tích quy trình ứng dụng kỹ thuật tổng quan về gia tốc hệ điều hành của hệ thống p3 ppsx

Trong hệ điều hành này khi hệ thống cần thực hiện một tác vụ thì nó phải lưu
chương trình và dữ liệu của các tác vụ vào hành đợi các công việc, sau đó sẽ thực
hiện lần lượt từng bộ chương trình và dữ liệu của tác vụ tương ứng trong hàng đời
và cho ra lần lượt các kết quả. Hình 1.2 ở trên minh họa cho sự hoạt động của hệ
thống theo lô đa chương.
 Với cách tổ chức hàng đợi tác vụ, thì hệ thống không thể thay đổi chương
trình và dữ liệu của các tác vụ ngay cả khi chúng còn nằm trong hàng đợi, đây là
một hạn chế. Mặt khác trong quá trình thực hiện tác vụ nếu tác vụ chuyển sang truy
xuất trên thiết bị vào/ra thì processor rơi vào trạng thái chờ điều này gây lãng phí
thời gian xử lý của processor.
I.3.2.b. Hệ điều hành xử lý theo lô đa chương
Một trong những hạn chế của hệ điều hành xử lý theo lô đơn giản là lãng phí thời
gian xử lý của processor khi tác vụ hiện tại truy xuất đến thiết bị vào/ra. Hệ điều
hành xử lý theo lô đa chương sẽ khắc phục hạn chế này.
Hệ điều hành loại này có khả năng thực hiện nhiều tác vụ, nhiều chương
trình đồng thời. Khi cần thực hiện nhiều tác vụ đồng thời hệ điều hành sẽ nạp một
phần code và data của các tác vụ vào bộ nhớ (các phần còn lại sẽ được nạp sau tại
thời điểm thích hợp) và tất cả đều ở trạng thái sẵn sàng thực hiện, sau đó hệ điều
hành bắt đầu thực hiện một tác vụ nào đó, nhưng khi tác vụ đang thực hiện cần truy
xuất thiết bị vào/ra thì processor sẽ được chuyển sang thực hiện các tác vụ khác, và
cứ như thế hệ điều hành tổ chức chuyển hướng processor để thực hiện hết các phần
tác vụ trong bộ nhớ cũng như các tác vụ mà hệ thống yêu cầu.
 Hệ điều hành loại này mang lại hai ưu điểm đó là tiết kiệm được bộ nhớ, vì

không nạp hết code và data của các tác vụ vào bộ nhớ, và hạn chế thời gian rỗi của
processor. Tuy nhiên nó phải chi phí cao cho việc lập lịch processor, tức là khi có
được processor hệ điều hành phải xem xét nên chuyển nó cho tác vụ nào trong số
các tác vụ đang ở trạng thái sẵn sàng. Ngoài ra hệ điều hành còn phải giải quyết
việc chia sẻ bộ nhớ chính cho các tác vụ khác nhau. Hệ điều hành MS_DOS là hệ
điều hành đơn nhiệm, đa chương.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d

o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w

e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
I.3.2.c. Hệ điều hành chia sẻ thời gian
Khái niệm chia sẻ thời gian ra đời đã đánh dấu một bước phát triển mới của hệ điều
hành trong việc điều khiển các hệ thống đa người dùng. Chia sẻ thời gian ở đây
chính là chia sẻ thời gian xử lý của processor cho các tác vụ, các tiến trình đang ở
trong trạng thái sẵn sàng thực hiện.
Nguyên tắc của hệ điều hành chia sẻ thời gian tương tự như trong hệ điều
hành xử lý theo lô đa chương nhưng việc chuyển processor từ tác vu, tiến trình này
sang tác vụ, tiến trình khác không phụ thuộc vào việc tác vụ, tiến trình hiện tại có
truy xuất đến thiết bị vào/ra hay không mà chỉ phụ thuộc vào sự điều phối
processor của hệ điều hành. Công việc điều phối processor của hệ điều hành rất

phức tạp phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, chúng ta sẽ đề cập đến vấn đề này
trong chương sau của tài liệu này.
Trong hệ điều hành này thời gian chuyển đổi processor giữa các tác vụ là rất
nhỏ nên ta có cảm giác các tác vụ thực hiện song song với nhau. Với hệ điều hành
này người sử dụng có thể yêu cầu hệ điều hành thực hiện nhiều chương trình, tiến
trình, tác vụ đồng thời với nhau.
 Hệ điều hành chia sẻ thời gian là mở rộng logic của hệ điều hành đa chương
và nó thường được gọi là hệ điều hành đa nhiệm (Multitasking). Hệ điều hành
Windows 9x/NT là các hệ điều hành đa nhiệm.
I.3.2.d. Hệ điều hành đa vi xử lý
Là các hệ điều hành dùng để điều khiển sự hoạt động của các hệ thống máy tính có
nhiều vi xử lý. Các hệ điều hành đa vi xử lý (multiprocessor) gồm có 2 loại:
 Đa xử lý đối xứng (SMP: symmetric): Trong hệ thống này vi xử lý
nào cũng có thể chạy một loại tiểu trình bất kỳ, các vi xử lý giao tiếp với nhau
thông qua một bộ nhớ dùng chung. Hệ SMP cung cấp một cơ chế chịu lỗi và khả
năng cân bằng tải tối ưu hơn, vì các tiểu trình của hệ điều hành có thể chạy trên bất
kỳ vi xử lý nào nên nguy cơ xảy ra tình trạng tắc nghẽn ở CPU giảm đi đáng kể.
Vấn đề đồng bộ giữa các vi xử lý được đặt lên hàng đầu khi thiết kế hệ điều hành
cho hệ thống SMP. Hệ điều hành Windows NT, hệ điều hành Windows 2000 là các
hệ điều hành đa xử lý đối xứng.
 Đa xử lý bất đối xứng (ASMP: asymmetric): Trong hệ thống này hệ
điều hành dành ra một hoặc hai vi xử lý để sử dụng riêng, các vi xử lý còn lại dùng
để điều khiển các chương trình của người sử dụng. Hệ ASMP đơn giản hơn nhiều
so với hệ SMP, nhưng trong hệ này nếu có một vi xử lý trong các vi xử lý dành
riêng cho hệ điều hành bị hỏng thì hệ thống có thể ngừng hoạt động.
I.3.2.e. Hệ điều hành xử lý thời gian thực
Hệ điều hành này khắc phục nhược điểm của hệ điều hành xử lý theo lô, tức là nó
có khả năng cho kết quả tức thời, chính xác sau mỗi tác vụ.
Click to buy NOW!
P

D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c

k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o

c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Trong hệ điều hành này các tác vụ cầu thực hiện không được đưa vào hàng
đợi mà được xử lý tức thời và trả lại ngay kết quả hoặc thông báo lỗi cho người sử
dụng có yêu cầu. Hệ điều hành này hoạt động đòi hỏi sự phối hợp cao giữa phần
mềm và phần cứng.
I.3.2.f. Hệ điều hành mạng
Là các hệ điều hành dùng để điều khiển sự hoạt động của mạng máy tính. Ngoài
các chức năng cơ bản của một hệ điều hành, các hệ điều hành mạng còn phải thực
hiện việc chia sẻ và bảo vệ tài nguyên của mạng. Hệ điều hành Windows 9x/NT,
Windows 200, Linux, là các hệ điều hành mạng máy tính.
 Tóm lại: Qua sự phân loại hệ điều hành ở trên ta có thể thấy được quá trình
phát triển (evolution) của hệ điều hành. Để khắc phục hạn chế về lãng phí thời gian
xử lý của processor trong hệ điều hành theo lô thì hệ điều hành theo lô đa chương
ra đời. Để khai thác tối đa thời gian xử lý của processor và tiết kiệm hơn nữa không
gian bộ nhớ chính hệ điều hành chia sẻ thời gian ra đời. Chia sẻ thời gian xử lý của
processor kết hợp với chia sẻ không gian bộ nhớ chính đã giúp cho hệ điều hành có
thể đưa vào bộ nhớ chính nhiều chương trình, tiến trình hơn và các chương trình,
tiến trình này có thể hoạt động đồng thời với nhau, nhờ đó mà hiệu suất của hệ
thống tăng lên, và cũng từ đây khái niệm hệ điều hành đa chương ra đời. Hệ điều

hành đa xử lý và hệ điều hành mạng được phát triển dựa trên hệ điều hành đa
nhiệm. Hệ điều hành thời gian thực ra đời là để khắc phục hạn chế của hệ điều hành
theo lô và điều khiển các hệ thống thời gian thực. Từ đây chúng ta rút ra một điều
rằng: các hệ điều hành ra đời sau luôn tìm cách khắc phục các hạn chế của hệ điều
hành trước đó và phát triển nhiều hơn nữa để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của
của người sử dụng và chương trình người sử dụng, cũng như khai thác tối đa các
chức năng của phần cứng máy tính để nâng cao hiệu suất của hệ thống. Nhưng
chức năng của hệ điều hành càng cao thì chi phí cho nó cũng tăng theo và cấu trúc
của hệ điều hành cũng sẽ phức tạp hơn.
Hệ điều hành Windows NT và hệ điều hành Windows 2000 là các hệ điều
hành mạnh, nó có đầy đủ các chức năng của các loại hệ điều hành, do đó
WindowsNT/2000 chứa rất nhiều thành phần với một cấu trúc khá phức tạp.
I.11. Thành phần và cấu trúc của hệ điều hành
Hệ điều hành là một hệ thống chương trình lớn, thực hiện nhiều nhiệm vụ khác
nhau, do đó các nhà thiết kế thường chia hệ điều hành thành nhiều thành phần, mỗi
thành phần đảm nhận một nhóm các nhiệm vụ nào đó, các nhiệm vụ này có liên
quan với nhau. Cách phân chia nhiệm vụ cho mỗi thành phần, cách kết nối các
thành phần lại với nhau để nó thực hiện được một nhiệm vụ lớn hơn khi cần và
cách gọi các thành phần này khi cần nó thực hiện một nhiệm vụ nào đó, , tất cả
các phương thức trên tạo nên cấu trúc của hệ điều hành.
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n

g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D

F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k

.
c
o
m
I.4.3. Các thành phần của hệ điều hành
I.4.1.a. Thành phần quản lý tiến trình
Hệ điều hành phải có nhiệm vụ tạo lập tiến trình và đưa nó vào danh sách quản lý
tiến trình của hệ thống. Khi tiến trình kết thúc hệ điều hành phải loại bỏ tiến trình ra
khỏi danh sách quản lý tiến trình của hệ thống.
Hệ điều hành phải cung cấp đầy đủ tài nguyên để tiến trình đi vào hoạt động
và phải đảm bảo đủ tài nguyên để duy trì sự hoạt động của tiến trình cho đến khi
tiến trình kết thúc. Khi tiến trình kết thúc hệ điều hành phải thu hồi những tài
nguyên mà hệ điều hành đã cấp cho tiến trình.
Trong quá trình hoạt động nếu vì một lý do nào đó tiến trình không thể tiếp
tục hoạt động được thì hệ điều hành phải tạm dừng tiến trình, thu hồi tài nguyên mà
tiến trình đang chiếm giữ, sau đó nếu điều kiện thuận lợi thì hệ điều hành phải tái
kích hoạt tiến trình để tiến trình tiếp tục hoạt động cho đến khi kết thúc.
Trong các hệ thống có nhiều tiến trình hoạt động song song hệ điều hành
phải giải quyết vấn đề tranh chấp tài nguyên giữa các tiến trình, điều phối processor
cho các tiến trình, giúp các tiến trình trao đổi thông tin và hoạt động đồng bộ với
nhau, đảm bảo nguyên tắc tất cả các tiến trình đã được khởi tạo phải được thực hiện
và kết thúc được.
 Tóm lại, bộ phận quản lý tiến trình của hệ điều hành phải thực hiện những
nhiệm vụ sau đây:
 Tạo lập, hủy bỏ tiến trình.
 Tạm dừng, tái kích hoạt tiến trình.
 Tạo cơ chế thông tin liên lạc giữa các tiến trình.
 Tạo cơ chế đồng bộ hóa giữa các tiến trình.
I.4.1.b. Thành phần quản lý bộ nhớ chính
Bộ nhớ chính là một trong những tài nguyên quan trọng của hệ thống, đây là thiết

bị lưu trữ duy nhất mà CPU có thể truy xuất trực tiếp được.
Các chương trình của người sử dụng muốn thực hiện được bởi CPU thì trước
hết nó phải được hệ điều hành nạp vào bộ nhớ chính, chuyển đổi các địa chỉ sử
dụng trong chương trình thành những địa chỉ mà CPU có thể truy xuất được.
Khi chương trình, tiến trình có yêu cầu được nạp vào bộ nhớ thì hệ điều hành
phải cấp phát không gian nhớ cho nó. Khi chương trình, tiến trình kết thúc thì hệ
điều hành phải thu hồi lại không gian nhớ đã cấp phát cho chương trình, tiến trình
trước đó.
Trong các hệ thống đa chương hay đa tiến trình, trong bộ nhớ tồn tại nhiều
chương trình/ nhiều tiến trình, hệ điều hành phải thực hiện nhiệm vụ bảo vệ các
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w

w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
vùng nhớ đã cấp phát cho các chương trình/ tiến trình, tránh sự vi phạm trên các
vùng nhớ của nhau.
 Tóm lại, bộ phận quản lý bộ nhớ chính của hệ điều hành thực hiện những
nhiệm vụ sau:
 Cấp phát, thu hồi vùng nhớ.
 Ghi nhận trạng thái bộ nhớ chính.

 Bảo vệ bộ nhớ.
 Quyết định tiến trình nào được nạp vào bộ nhớ.
I.4.1.c. Thành phần quản lý xuất/ nhập
Một trong những mục tiêu của hệ điều hành là giúp người sử dụng khai thác hệ
thống máy tính dễ dàng và hiệu quả, do đó các thao tác trao đổi thông tin trên thiết
bị xuất/ nhập phải trong suốt đối với người sử dụng.
Để thực hiện được điều này hệ điều hành phải tồn tại một bộ phận điều khiển
thiết bị, bộ phận này phối hợp cùng CPU để quản lý sự hoạt động và trao đổi thông
tin giữa hệ thống, chương trình người sử dụng và người sử dụng với các thiết bị
xuất/ nhập.
Bộ phận điều khiển thiết bị thực hiện những nhiệm vụ sau:
 Gởi mã lệnh điều khiển đến thiết bị: Hệ điều hành điều khiển các thiết bị
bằng các mã điều khiển, do đó trước khi bắt đầu một quá trình trao đổi dữ
liệu với thiết bị thì hệ điều hành phải gởi mã điều khiển đến thiết bị.
 Tiếp nhận yêu cầu ngắt (Interrupt) từ các thiết bị: Các thiết bị khi cần trao
đổi với hệ thống thì nó phát ra một tín hiệu yêu cầu ngắt, hệ điều hành tiếp
nhận yêu cầu ngắt từ các thiết bị, xem xét và thực hiện một thủ tục để đáp
ứng yêu cầu tù các thiết bị.
 Phát hiện và xử lý lỗi: quá trình trao đổi dữ liệu thường xảy ra các lỗi
như: thiết bị vào ra chưa sẵn sàng, đường truyền hỏng, do đó hệ điều hành
phải tạo ra các cơ chế thích hợp để phát hiện lỗi sớm nhất và khắc phục các
lỗi vừa xảy ra nếu có thể.
I.4.1.d. Thành phần quản lý bộ nhớ phụ (đĩa)
Không gian lưu trữ của đĩa được chia thành các phần có kích thước bằng nhau được
gọi là các block, khi cần lưu trữ một tập tin trên đĩa hệ điều hành sẽ cấp cho tập tin
một lượng vừa đủ các block để chứa hết nội dung của tập tin. Block cấp cho tập tin
phải là các block còn tự do, chưa cấp cho các tập tin trước đó, do đó sau khi thực
hiện một thao tác cấp phát block hệ điều hành phải ghi nhận trạng thái của các
block trên đĩa, đặc biệt là các block còn tự do để chuẩn bị cho các quá trình cấp
block sau này.

Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r

a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.

d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m